JP2010502446A - 溶接プロセスを実施するための溶接方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、溶接プロセスを実施しかつ監視するための溶接方法に関するものであって、その場合に制御装置(4)を介して電流源(2)と溶接ワイヤ(11)のための送り装置(10)とが制御され、かつその場合に溶接プロセスの間、アークの特性量から少なくとも1つのコントロール量が測定ないし計算される。異なる長さを有する第1と第2のタイムインターバル(102)と、特性量(100)の値を求めるためのサンプリングレートが定められた後に、各サンプリングに伴って特性量(100)の値が記憶され、それに基づいて時点(40)において制御装置によって、時点(40)に対して時間的に前のタイムインターバル内にある、記憶されている特性量の値から、コントロール量として第1の平均値(106)と第2の平均値(107)が計算され、それに基づいて、第1のタイムインターバル(101)の第1の平均値(106)から上方および下方の限界値(104、105)が計算され、それに基づいてコントロール量が上方および下方の限界値(104,105)と比較される。

Description

本発明は、請求項1および32の前文に記載の、アーク溶接のための方法に関する。
アークによって溶融する溶融ワイヤ内で溶接プロセスを実施するための種々のアーク溶接方法が知られている。MIG/MAG溶接方法においては、保護ガスの下で、電流を案内するワイヤ電極と工作物との間でアークが燃焼し、その場合に機械的に供給されるワイヤが電極として用いられ、専用のアーク内で溶融する。溶融する溶接ワイヤを有する、他の形式のアーク溶接方法においては、たとえば、溶接電流波の制御装置によって時間的に脈動する電圧ないし電流の変化を設けることもできる。しかし、この種の脈動プロセスの他に、ワイヤ送り運動に、正確に制御された前進ないし後退方向の振動運動が重畳される、アーク溶接方法も知られている。特に、たとえばロボットによって制御される、このように自動化された溶接設備においては、機能確実性に関して高い要求が課される。すなわち、たとえば、溶接ワイヤを供給する場合に誤機能が生じることがあり、それが結果として、溶接ワイヤが溶接バーナーの接触管まで後退燃焼することをもたらす。この種の誤機能が正しい時期に認識されない場合には、結果として接触管ないし溶接バーナーの著しい損傷がもたらされる。
本発明の課題は、向上した機能安全性を達成することができ、ないしは誤機能による溶接装置の損傷を回避し、ないしは小さく抑えることができる、アーク内で溶融する溶接ワイヤを有する、溶接装置ないし溶接プロセスを実施する方法を提供することである。
この課題は、請求項1に記載の溶接方法によって解決される。それによれば、溶接プロセスを実施しかつ監視するための溶接方法において、異なる長さを有する第1と第2のタイムインターバルおよび特性量の値を求めるためのサンプリングレートが定められ、各サンプリングに伴って特性量の値が記憶され、それに基づいて、ある時点において制御装置により、その時点に対して時間的に早いタイムインターバル内にある、記憶されている特性量の値から、第1の平均値と第2の平均値がコントロール量として計算され、それに基づいて第21のタイムインターバルの第1の平均値から上方と下方の限界値が計算され、それに基づいてコントロール量が上方および下方の限界値と比較される。これは、制御装置によって、溶接装置の駆動ないし溶接プロセスへの自動化された介入が可能である、という利点を有している。タイムインターバルの位置は、それぞれ最後に求められた特性量の値に対して直接先行するように選択することができるが、タイムインターバルが最後に求められた特性量の値に対して所定の時間差をもって時間的に前に配置されることも、可能である。この制御方法における本質的な利点は、それによって限界値を他の特性量のできる限り近くにセットすることができるので、極めて小さい窓が形成されることにある。
本発明の課題は、それ自体自立して、請求項2に記載の溶接方法によっても解決される。その場合に、ある長さを有するタイムインターバルと特性量の値を求めるためのサンプリングレートが定められ、各サンプリングに伴って特性量の値が記憶され、それに基づいて時点(40)において制御装置により、時点(40)に対して時間的に早いタイムインターバル内にある、記憶されている特性量の値から、平均値が計算されて、最後に測定された特性量の値がコントロール量として使用され、それに基づいてタイムインターバルの平均値に基づいて上方と下方の限界値が計算され、それに基づいてコントロール量が上方および下方の限界値と比較される。
請求項3に記載の本発明の同様に自立した解決によれば、特性量の記録すべき値の第1と第2の数および特性量を求めるためのサンプリングレートが定められ、その場合に第2の数が第1の数よりも小さく、かつ各サンプリングに伴って特性量の値が記憶され、それに基づいてある時点で制御装置によって、その時点に対して時間的に前にある、記憶されている特性量の値から、第1の平均値と第2の平均値がコントロール量として計算され、それに基づいて第1の数の第1の平均値に基づいて上方と下方の限界値が計算され、かつそれに基づいてコントロール量が上方および下方の限界値と比較される。
代替的な実施変形例において、少なくとも1つの制御される電流源からエネルギを供給される、アーク内で溶融する溶接ワイヤを有する溶接プロセスを実施するための制御方法が設けられ、その場合に制御装置によって電流源および溶接ワイヤのための送り装置の制御が実施される。その場合にさらに、溶接プロセスの間、溶接電流、溶接電圧あるいは抵抗のような、アークないし溶接プロセスの特性量から少なくとも1つのコントロール量が測定または計算され、その場合に、予め定めることのできるタイムインターバルの期間にわたって、コントロール量の値が記録され、ないしは制御装置に記憶される。このタイムインターバル内にあるこれらの値から、その後、コントロール量の平均値が計算され、それに基づいて上方および/または下方の限界値が定められる。これらの限界は、コントロール量の平均値に対して差を有し、その差はコントロール量の平均値のわずかな一部分である。次に、コントロール量の瞬間的な値が上方の限界値を上回った後、あるいは下方の限界値を下回った後に、制御装置によってコントロール信号が発生される。このコントロール信号に従って、その後、制御装置によって溶接プロセスが中断され、あるいは溶接プロセスの状態の状態報告が生成される。この種の状態報告は、たとえばワイヤ送り、溶接バーナーの状態、あるいはまた工作物品質に関する。溶接プロセスの監視を実施するために、平均値と上方ないし下方の限界値が時間的に連続して新たに計算され、その中で時間的にコントロール量の瞬間的な値の前にあるタイムインターバルが時間的に連動される。従って、コントロール量の平均値を定めるために、それぞれまさにタイムインターバルによって定められる時間窓内にある、コントロール量の値ないし個別値が寄与する。
溶接方法の展開において、コントロール信号は、予め定められたコントロール時間より長い観察時間の期間の間、上方の限界を上回った後、あるいは下方の限界を下回った後に、発生される。この種のコントロール時間(その間、下方と上方の限界の間の領域への、コントロール量の短時間の逸脱が可能)を設けることが、適切に選択可能な程度のエラー許容をもって、溶接プロセスの監視における柔軟性を高める、という利点を提供する。
制御装置によるコントロール信号の発生の結果として、コントロール信号によってアラームを作動させることができる。これは、それによって溶接設備の駆動に責任を有する人に、溶接設備において発生する問題ないし故障の前兆について早期に情報を提供することができる、という利点を有している。
代替的な、あるいは付加的な措置として、コントロール信号によって、溶接ワイヤの送り速度Vdを変化させるための、送り装置の駆動を作動させることができる。同様に、コントロール信号によって、溶接ワイヤの溶接バーナー用の冷却出力を変化させるための、冷却装置の駆動を作動させることができる。これは、制御装置によって自動的に溶接プロセスへ制御介入することができ、溶接プロセスの不必要な中断を回避することができる、という利点を有している。そしてまた、コントロール信号によって溶接プロセスの中断を作動させる措置を設けることもできる。これは、溶接ワイヤを送る場合に引っかかった結果の、溶接装置の損傷、特に溶接バーナーないし溶接バーナーの接触管の損傷、を回避することができる、という利点を有している。
溶接プロセスを監視するために、さらに、溶接電圧U(t)の周期的な電圧変化内で最小箇所を定めることができる。これは、アーク溶接プロセスのアーク内の短絡を示す。そのときの観察時間にそれぞれ先行する、予め定めることのできるタイムインターバルの間に発生する最小箇所の数から、アーク内で発生する短絡の数の頻度H(t)が計算され、この頻度H(t)がコントロール量として使用される。
付加的に、溶接プロセスを実施する前に、瞬間的な頻度H(t)のための下方の限界として最小頻度Hmin、上方の限界としてHmaxが定められる。コントロール量として頻度H(t)をこのように使用することは、溶接電流ないし溶接電圧の絶対的な値を知る必要なしに、溶接プロセスの監視を許す。
その代りに、あるいはそれに加えて、溶接方法において、溶接電圧U(t)の周期的な電圧変化から、ないしは溶接電流I(t)の周期的な電流変化において、周期長さTBの時間的連続を測定し、ないしは定めることができ、その場合に周期長さTBのこの連続が、コントロール量として使用される。
溶接プロセスを実施する前に、最小の周期長さTBminが周期長さTBの連続のための下方の限界として、ないしは最大の周期長さTBmaxが上方の限界として定められる。これは、溶接プロセスを監視するために、時間差、アーク内で互いに連続する短絡を定めるだけで済み、電流変化ないし電圧変化の正確な測定ないし正確な認識は必要とされない、という利点を有している。
溶接方法の他の実施例によれば、溶接電圧U(t)と溶接電流I(t)から、瞬間的な抵抗R(t)が定められ、その場合にこの抵抗R(t)が、コントロール量として使用される。これは、たとえばパルス溶接プロセスの場合のように、電流源の制御によって電流ないし電圧の周期的変化が固定的に設定される溶接プロセスも、監視することができる、という利点を有している。
そのために、溶接プロセスを実施する前に、時間的に変化しない最小の抵抗RAminを、瞬間的な抵抗R(t)のための下方の限界として、ないしは時間的に変化しない最大の抵抗RAmaxを上方の限界として定めることもできる。これは、それによって大まかに、溶接プロセスないし溶接装置における誤りのある状態を監視し、ないしははじき出すことができる、という利点を有している。
溶接方法のために、さらに、溶接プロセスの間、瞬間的な抵抗R(t)のために下方の限界として、時間的に変化する最小の抵抗Rmin(t)を、ないしは上方の限界として、時間的に変化する最大の抵抗Rmax(t)を計算することもできる。これら上方ないし下方の限界を計算するために、好ましくは、最大の抵抗Rmax(t)が、平均の抵抗RM(t)と上方の抵抗差EOの合計から計算され、最小の抵抗Rmin(t)が、平均の抵抗RM(t)と下方の抵抗差Reuの差から計算される。その場合に、平均の抵抗RM(t)は、タイムインターバルTIにわたる瞬間的な抵抗R(t)の平均値形成によって定められる。従って上方と下方の抵抗差Reo、Reuは、瞬間的な抵抗R(t)のための許容誤差領域を定め、その位置は、平均の抵抗RM(t)の時間的な変化に従って同様に時間的に変化する。これは、これらの限界が絶対的に定められる必要がないことによって、瞬間的な抵抗R(t)のための比較的狭い許容誤差領域の決定と、溶接方法の高い柔軟性ないし監視を許す。
その場合にさらに、平均的な抵抗RM(t)を計算するための平均値を形成する場合に、タイムインターバルTI内の異なる領域を、瞬間的な抵抗R(t)のための重み係数によって異なる強さで考慮することができる。従って、観察時点に対してずっと以前の抵抗値が平均値形成の際により強く、あるいはより弱く考慮されることによって、異なる監視特性を得ることができる。
本方法の展開によれば、抵抗R(t)は、溶接電圧U(t)の周期的な電圧変化、ないしは溶接電流I(t)の周期的な電流変化の、少なくとも1つの周期長さTBにわたる平均値形成によって、計算することができる。これは、それによって、抵抗R(t)の時間的変化におけるもともと有意ではない、ないしはほとんど有意ではない変動が回避され、ないしはある程度ブラインドアウトされる、という利点を有している。
さらに、溶接プロセスのスタート時点から始まるスタートインターバルTSの期間の間、溶接プロセスを監視するために、制御装置によって時間的に変化しない最小の抵抗RAminと時間的に変化しない最大の抵抗RAmaxが使用され、スタートインターバルTSに続く溶接プロセス相のために、時間的に変化する最小の抵抗Rmin(t)と最大の抵抗Rmax(t)が使用されるようにすることができる。
代替的に、スタート相のための他の措置として、スタート時点で開始されるスタートインターバルDSの期間の間、最小の抵抗RAminから始まって連続的に上昇する下方の限界と、最大の抵抗RAmaxから始まって連続的に下降する上方の限界を、溶接プロセスを監視するために使用することができる。この措置は、溶接プロセスの開始時の予測通りに高い変動ないし不安定性が、エラーアラームの作動ないしは溶接プロセスの望ましくない中断をもたらすことがない、という利点を有している。
溶接方法における他の措置として、最小の抵抗Rmin(t)と最大の抵抗Rmax(t)の間の領域から抵抗R(t)が逸脱する数を定め、この数を他のコントロール量として使用することもできる。
その場合にさらに、最小の抵抗RAminと最大の抵抗RAmaxの間の領域から抵抗R(t)が逸脱する数を、同様に他のコントロール量として使用することも、可能である。これが、溶接装置の故障ないし駆動異常のゆっくりと進行する形成を早期に認識することを許す。
本発明の課題は、それ自体自立して、請求項32に記載の溶接方法によっても解決される。それによれば、少なくとも1つの制御される電流源からエネルギを供給される、アーク内で溶融する溶接ワイヤを有する溶接プロセスを実施するための溶接方法が設けられている。制御装置を介して、電流源および溶接ワイヤのための送り装置の制御が実施され、その場合に溶接プロセスの間、溶接電圧U(t)が測定される。この方法において、溶接電圧U(t)の周期的な電圧変化内で最小箇所、特に発生する短絡、が定められて、2つの互いに連続する最小箇所の間の周期長さTPが計算される。周期長さTPのための上方の限界値を上回った後、あるいは下方の限界値を下回った後に、制御装置によってコントロール信号が発生され、このコントロール信号に従って溶接プロセスが中断され、あるいは、ワイヤ送りのような、溶接プロセスの状態、溶接バーナの状態または工作物品質の状態報告が生成される。
本方法の好ましい展開が、請求項33から37に記載されている。
発明をさらに良く理解するために、以下の図で説明する実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。
図式的に簡略化された表示において:
アーク溶接する溶接方法を実施するための溶接装置を示している。 溶接すべき工作物と組み合わせた溶接装置1の溶接電流回路を図式的に示す回路図である。 図3a、bは、所定の時点でアーク溶接プロセスのための溶接電圧の時間的な変化を図式的に示すグラフと溶接プロセスのそれより遅い他の時点における他の同様なグラフを示している。 アーク溶接プロセスのための溶接電圧U(t)の時間的な変化を図式的に示すグラフである。 図4に基づく短絡の発生の頻度H(t)の時間的変化を示すグラフである。 溶接方法の他の実施例の頻度H(t)の変化を示している。 アークの瞬間的抵抗R(t)の時間的な変化を示すグラフである。 パルス溶接プロセスにおける溶接電流I(t)の時間的な変化を示している。 図8に基づくパルス溶接に従って、溶接電圧U(t)の時間的な変化を示している。 アークの瞬間的な抵抗R(t)の時間的に変化する変化を示すグラフである。 時間的に変化する上方ないし下方の限界および時間的に変化しない上方ないし下方の限界を有するアークの瞬間的な抵抗R(t)の時間的な変化を示すグラフである。
最初にことわっておくが、様々に記載される実施例において、同じ部分には同一の参照符号ないし同一の構成部品名称が設けられており、その場合に、説明全体に含まれる開示は、意味に従って同一の参照符号ないし同一の構成部品名称を有する同一の部分へ移し替えることができる。また、説明において選択される、たとえば上、下、側方などのような位置記載は、直接説明され、かつ図示されている図に関するものであって、位置が変化した場合には意味に従って新しい位置へ移し替えられる。さらに、図示され、かつ説明される様々な実施例に基づく個別特徴または特徴の組合せも、それ自体自立した、発明的あるいは発明に基づく解決を表すことができる。
図1と2には、たとえばMIG/MAG溶接あるいはパルス溶接のような、アーク溶接のための溶接プロセスないし溶接方法を実施する溶接設備ないし溶接装置1が示されている。溶接装置1は、パワー部分3を備えた電流源2と制御装置4を有している。制御装置4は、制御弁5と接続されている。この制御弁5は、ガス貯蔵器8と溶接バーナー9の間のガス7のための供給導管6内に配置されている。ガスは、特に、たとえばCO2、ヘリウム、アルゴンなどのような、保護ガスである。
制御装置4によって、さらに、溶接ワイヤ11のための送り装置10を駆動することができる。その場合に、溶接ワイヤ11は、供給導管12を介してストックドラム13から溶接バーナー9の領域内へ供給される。送り装置10は、もちろん、従来技術から知られているように、溶接装置1内に統合することもできる。
供給導線14を介して、電流源2のパワー部分3から電流が、溶接ワイヤ11と工作物16の間にアーク15を構築するために溶接バーナー9ないし溶接ワイヤ11へ供給される。その場合に、溶接すべき工作物16は、他の供給導線17を介して同様に溶接装置1ないし電流源2と接続されており、従ってアーク15を介して閉成された電流回路を構築することができる。
溶接装置1は、さらに、冷却装置18を搭載することができ、その場合に冷却循環19を介して、流れ監視部材20ないし液体ポンプを介在させて、液体を冷却剤容器21から溶接バーナー9へそれを冷却するために供給することができる。
様々な駆動種類ないしそれに応じた溶接パラメータを調節するために、溶接装置1に、入力および/または出力装置22が設けられている。入力および/または出力装置22を介して調節された駆動種類ないし溶接パラメータは、その後、制御装置4へ供給されて、次にこの制御装置によって溶接設備ないし溶接装置1の個々のコンポーネントが駆動される。
溶接装置1を溶接バーナー9と接続する個々の導線/導管は、好ましくはホースパケット23内で案内され、ないしは束ねて配置されている。
図2は、溶接すべき工作物16と組み合わせた、溶接電流回路ないし溶接装置1の図式的な回路図を示している。
パワー部分3ないし電流源2の個々のコンポーネントおよび制御装置4は、溶接装置1内に統合して配置されている。供給導線14、17を介して電流源2が溶接バーナー9ないし工作物16と接続されている。他方で、制御装置4は、制御導線24を介して送り装置10とも接続されており、従って送り装置ないし溶接ワイヤ11の供給の自動化した制御を行うことができる。駆動装置25ないしそれと接続された移送ローラ26、27を介して、溶接ワイヤ11の送り速度「Vd」を制御することができる。
本発明に基づく溶接方法において、溶接電流回路の電気的変量の監視が設けられている。制御装置4は、そのために、測定装置28を有しており、その測定装置を用いて溶接電流I(t)29および溶接電圧U(t)30の瞬間的な値を測定することができる。測定装置28は、測定導線31、32を介して電流源2の出力端子33、34と接続されており、従って端子電圧UK(t)を測定することができる。溶接電流回路の供給導線14、17の抵抗ないしインピーダンスを無視して、端子電圧UK(t)35を溶接電圧U(t)30の代わりに使用することができ、従って測定導線31、32を溶接バーナー9ないし工作物16まで案内することは不要である(破線で記入されている)。しかし代替的に、溶接電圧U(t)30は、測定導線31、31を溶接バーナー9ないし工作物15に接触させることによって、直接測定することもできる。
図3を用いて、本発明に基づく溶接方法の第1の実施例を説明する。その場合に、グラフには、ノーマルな溶接プロセスのための溶接電圧U(t)30の時間的変化が示されており、それに対して続く図4と5においては、いわゆるショートアークを有するアーク溶接プロセスが説明される。
図3に示す溶接プロセスの時間的変化において、測定装置28によって測定された特性量100の瞬間的な値に従って、図式的に一点鎖線で示される時点までの溶接電圧30が示されている。さらに、時間的にそれに続く溶接電圧30の変化が、さらに理解しやすくするために、破線でグラフに記入されている。それについて原則的に述べると、定義する場合に、1つまたは複数の溶接パラメータ、すなわち溶接電圧、溶接電流、抵抗、出力などの、測定装置によって検出された値、あるいは計算された値が特性量100に相当し、図3に示す実施例においては、例として溶接電圧が利用される。
その場合に、図3の2つのグラフは、1つの同じ溶接プロセスを異なる時点で示しており、すなわち、それぞれ瞬間的な特性量100によって象徴されるように、溶接プロセスが異なる長さで実施されている。
本発明に基づく方法において、第1のタイムインターバル101と第2のタイムインターバル102および、特性量100を求めるための、図式的に矢印で示すサンプリングレート103が決定され、すなわち溶接装置1の駆動開始後に、制御装置4によって、タイムインターバル101と102のための長さおよび、特性量を求めるべき、サンプリングレート103のための周波数が決定される。そのために、データがメモリに格納され、および/またはユーザーによって調節ないし変更される。その場合に重要なことは、タイムインターバル101と102のための時間長さが実質的に異なることであって、その場合に第1のタイムインターバル101は、第2のタイムインターバル102よりも長い。その場合にたとえば、第1のタイムインターバルは0.5秒続き、第2のタイムインターバルは0.1秒続く。サンプリングレート103は、たとえば20kHzの周波数を有することができる。好ましくは、第1のタイムインターバルは0.3〜1.0秒の長さを有し、第2のタイムインターバルは0.05〜0.3秒の長さを有する。
溶接プロセスが開始されて、プロセスを安定させるために然るべき始動相が経過した場合に、制御装置4ないし測定装置28が、サンプリングレート103の各時点で(図3の矢印)、特性量100の値を求め、すなわちサンプリングレート103の定められた周波数に基づいて、特性量100が常に求められ、それが記憶される。しかし、溶接プロセスを制御するために、制御装置4によって常に、それ以降の計算のために、タイムインターバル101と102の内部で特性量100の瞬間的な値に関して時間的に前にある、特性量100の記憶されている値のみが、考慮される。特性量100のその前に求められた他の値は、たとえば品質チェックのために、記憶することはできるが、本発明に基づく制御方法のためには必要とされない。従って、タイムインターバル101と102は、瞬間的な、ないしはその時の特性量100に結合され、タイムインターバル101と102、ないしはその中に含まれる、測定された特性量100は、溶接プロセスの間瞬間的な特性量100と共に案内される。これは、図3に示す2つのグラフを用いて明らかにされている。というのは、瞬間的な特性量100が溶接プロセスの異なる時点で示されており、かつタイムインターバル101と102は、溶接プロセスの時間的進展に従って一緒に案内されるからである。そこから明らかなように、タイムインターバル101と102内に位置する特性量100の値、ないしその中に含まれる値の量は、常に変化する。というのは、常に最新の特性量100がタイムインターバル101と102内に付加され、従って最も古い特性量100はタイムインターバル101と102から抜けるからである。
従って、溶接プロセスの開始後に始動相が終了され、タイムインターバル101と102のために特性量100の多数の個別値が適切に求められた後に、制御装置4によって、タイムインターバル101と102の内部にある、特性量100のこれらの値から、第1のタイムインターバル101のための第1の平均値106と第2のタイムインターバル102のための第2の平均値107が計算される。次に、第1のタイムインターバル101の第1の平均値106に基づいて、上方と下方の限界値104と105が計算される。第2のタイムインターバル102のための第2の平均値107は、コントロール量として使用されて、上方および下方の限界値104および105と比較される。その場合に好ましくは、限界値104と105は、第1の平均値106のできるだけ近傍に置かれ、すなわちたとえば平均値106から10%の増大ないし減少が行われるので、できるだけ狭い許容誤差窓が定められる。その場合に、限界値104と105の決定ないし計算は、他の調節された溶接パラメータに従って、たとえば溶接すべき材料、溶接ワイヤなどに従って、異なるように行うことが、可能である。
タイムインターバル101と102の異なる長さないし期間によって、これらの中に特性量100の異なる数の値が存在するので、それに応じて異なる平均値106、107が形成される。その場合に、第2のタイムインターバル102の長さが、その中に特性量100の唯一の値しか存在しないように短く選択されることも可能であるので、特性量100の最後に検出された値によって制御が行われ、従ってその値が同時にコントロール量を形成する。
従って、1つまたは複数の特性量の複数の測定された値が含まれる、第1のタイムインターバル101を有するこの種の制御方法によって、監視すべき特性量100の変化を監視するための限界値104と105を、これらの特性量100ないし然るべき溶接パラメータの極めて近傍に置くことができ、従って特性量100ないし溶接パラメータの変化の極めて急速な変化を検出することができる。
従って、特性量100を計算された限界値101および102と比較するために第2のタイムインターバル102を適用することは、効果的である。というのは、溶接プロセスにおいては、しばしば、たとえば工作物16の汚れなどによるような、短時間のプロセス状態変化が発生し、それは、特性量100の短時間の変化をもたらすが、プロセスには本質的に作用しないからである。すなわち、特性量100の最後に求められた値のみが利用される場合には、それはしばしば変化して、その場合に限界値101と102を上回り、それにより制御装置4によって、本来必要でないアクションが開始される。このようなことが常に発生することがないようにするために、ずっと短い長さを有する第2のタイムインターバル102が制御プロセスに導入されるので、ここでも限界値101および102と比較するために平均値107を利用することができ、従って短時間の強い変化が、即座に効力を発することはない。
また、等価の形成として、第1と第2のタイムインターバル101と102の代わりに、特性量100の選択可能な数の値を使用することも可能であり、すなわちたとえば第1の数が特性量100の1000の値からなり、第2の数が、特性量100の10の値からなり、それらから平均値106、107が形成される。これは、たとえば、簡単な形式においては、一種のシフトレジスタによって形成することができ、その中では常に特性量100の最後に検出された値が追加され、それによって特性量100の時間的に最も古い値は捨て去られる。また、このやり方を、従来技術から知られたメモリ、いわゆるファーストイン、ラストアウトによって、実施することも可能である。
従って、この制御方法においては、定められた数の、求められた溶接プロセスデータから平均値106、107が形成され、その場合に、ずっと大きい数の値から形成される、第1の平均値106から、第1の平均値106のできるだけ近傍に位置する限界値104と105が計算され、これらの限界値104と105が、ずっと少ない値から形成される第2の平均値107と比較される、と言うことができる。その場合にこの平均値形成は、たとえば短絡、溶接電流、溶接電圧、計算され、あるいは求められた抵抗、計算され、あるいは求められた出力などのような、種々の溶接パラメータによって行うことができる。
次に、前もって図式的に説明した方法を、以下の図において例の形式でさらに詳細に説明する。
図4と5を用いて、本発明に基づく溶接方法の他の実施例を説明する。図4には、いわゆるショートアークによるアーク溶接プロセスのための溶接電圧U(t)30の時間的変化がグラフで示されている。図示の溶接プロセスにおいて、アーク15内で溶接ワイヤ11が溶融することにより、液状の金属滴が形成され、それが溶接ワイヤ11から離れる際に、溶接ワイヤ11と工作物16ないしは工作物16上の溶融物との間に、短時間電気的短絡を形成する。その結果、溶接電圧U(t)30は、短絡の際に、ないしは短絡の間、著しく下降する。金属滴が溶接ワイヤ11から完全に離れて、工作物16ないし溶接継目と結合されるとすぐに、溶接電圧U(t)30は、再び上昇する。従って、図4のグラフに簡単に示す、溶接電圧U(t)30の周期的な電圧変化を有する、溶接電圧U(t)30の高い、ないしは低い値の周期的な連続が生じる。その場合に短絡は、低い値を有する溶接電圧U(t)30のカーブ変化によって認識できる。安定した溶接プロセス変化は、タイムインターバルTの間ほとんど変わらない数の短絡を有する。しかし、実際の溶接プロセスにおいては、この数は、時間に従って変動する。
図5は、図4に示すタイムインターバルTの間に短絡の発生する頻度H(t)37の時間的な変化を有するグラフを示している。
溶接装置1の制御装置4内で、短絡の発生の時間的に変化する頻度H(t)37の瞬間的な値が連続的に記録され、従って溶接プロセスを監視することができる。そのために、制御装置4内に、ないしはその中でソフトウェア的に実現される監視モジュール内に、最小の頻度Hmin38が下方の限界として、最大の頻度Hmax39が上方の限界として記憶され、制御装置4は常に瞬間的な頻度H(t)37をこの上方および下方の限界と比較する。これらの限界、すなわち最小の頻度Hmin38と最大の頻度Hmax39のための値は、実験値から、ないしはテスト溶接から導き出すことができる。
図5に示す頻度H(t)37の時間的な変化を用いて、制御装置4による溶接プロセスの監視工程を詳細に説明する。時点40の前にある時間の間、頻度H(t)37の値は、最小の頻度Hmin38と最大の頻度Hmax39の間にあって、溶接プロセスは、時点40の前にある期間の間正常ないし障害なしと分類される。この期間の最後の相において頻度H(t)37はさらに減少し、時点40においてついに最小の頻度Hmin38の値を下回り、この事象が制御装置4によって溶接プロセスにおける誤機能の発生として分類され、それに続いて制御装置4がコントロール信号を発生させる。時点40において制御装置4によって検出された誤機能は、たとえば、溶接ワイヤ11の送り速度Vdが低下しすぎており、ないしはその目標値をずっと下回ったことにあることが考えられる。制御装置4によって発生されたコントロール信号は、制御装置4によってもたらされる様々な対抗措置のための作動手段として使用することができる。コントロール信号に作動されて、たとえば送り装置10の駆動装置25が、溶接ワイヤ11の送り速度Vdが上昇するように駆動されるので、頻度H(t)37は再び、最小の頻度Hmin38と最大の頻度Hmax39の間にある値をとる。しかしまた、頻度H(t)37が最小の頻度Hminの下に低下する他の原因は、溶接バーナー9ないし溶接バーナー9の接触管内に溶接ワイヤ11が引っかかり、ないしは詰まってしまい、ないしは溶接ワイヤ11のいわゆる後退燃焼が行われ、その結果、溶接ワイヤ11が溶接バーナー9の接触管と溶着してしまったことも、考えられる。溶接装置4は、発生されたコントロール信号によって、溶接電流I(t)29ないし溶接電圧U(t)30が遮断されて、送り装置10の駆動装置25が停止されることにより、溶接プロセスが中断されるように、プログラミングすることができる。
もちろん、頻度H(t)37が、図5に破線で示すように、最大の頻度Hmax39の値の上方の限界を上回ることもある。すなわち、たとえば、溶接ワイヤ11の送り速度Vdの上昇によって、目標値を大きく上回ることにより、瞬間的な頻度H(t)37が著しく上昇して、ついにはアーク25が完全に消えて、溶接ワイヤ11と工作物16との間に永続的な短絡がもたらされることもある。従って、制御装置4は、上方の限界ないしは最大の頻度Hmax39の値を上回った場合に、ここでもコントロール信号を発生させる。このコントロール信号に基づいて、その後、制御装置4によって送り装置10の駆動装置25が、溶接ワイヤ11の送り速度Vdがその目標値に減少されるように、駆動される。
図6は、溶接方法の他の実施例を、頻度H(t)37の時間的な変化のグラフにおいて示している。
説明した方法の代替的な形態において、頻度H(t)37のための上方と下方の限界値、すなわち最大の頻度Hmax(t)39と最小の頻度Hmin(t)38が、時間的に変化する限界値によって形成されるようにすることもできる。そのために、少なくとも予め定めることのできるタイムインターバルTI36(第1のタイムインターバル101に相当する)の期間にわたって、コントロール量の値、すなわち頻度H(t)37の値が記録され、ないしは制御装置4に記憶される。まさにタイムインターバルTI36内にある値を使用して、まずコントロール量の平均値(図3に示す第1の平均値106に相当する)が計算されて、それに基づいて上方と下方の限界値(限界値104と105に相当する)、すなわち最大の頻度Hmax(t)39と最小の頻度Hmin(t)38が決定される。時間的に変化しない限界値とは異なり、頻度H(t)37のコントロール量のための時間的に可変の上方ないし下方の限界値104と105は、それが極めてフレキシブルに適用することができ、かつ限界値104と105の間の領域を極めて狭く選択することができる、という利点を有している。限界値104と105は、コントロール量の平均値に対して、コントロール量の平均値のごくわずかな一部にしかならない、差を有することができる。溶接プロセスを監視するために、頻度H(t)37の瞬間的な値が、上方の限界値104を上回った後、あるいは下方の限界値105を下回った後に、制御装置4によってコントロール信号が発生される。その後、コントロール信号に従って、制御装置4によって溶接プロセスの中断あるいはまた溶接プロセスないし溶接設備の個々のコンポーネントの状態の状態報告が形成される。それによって特に効果的に、いわゆるワイヤ後退燃焼による溶接設備の損傷が回避される。そのために、コントロール信号に従って、たとえば、溶接ワイヤ11のための送り装置10の送り速度の調整が、適切な方法で変化される。コントロール量のための時間的に変化する上方ないし下方の限界値104と105を得るために、コントロール量の平均値も、それから導き出される上方ないし下方の限界値104と105も時間的に連続して常に新しく計算される。従って、コントロール量の瞬間的な値の前に位置するタイムインターバルTI36(第1のタイムインターバル101に相当する)が、コントロール量の、上方ないし下方の限界値104と105の計算ないし新規計算のために利用される値を選択するための時間窓を形成する。従ってタイムインターバルTI36は、ある程度時間的に連動される。その場合に、タイムインターバルTI36のそれぞれ時間的な位置が、それぞれ最後に求められたコントロール量の値のすぐ前をゆくように選択されると、効果的である。
そのために、制御装置4内に、頻度H(t)37のための下方と上方の限界の他に、コントロール時間KT41の値も格納されている。従って、頻度H(t)37が時点40で最小の頻度Hmin38を下回った場合に、制御装置4は、頻度H(t)37の瞬間的な値が最小の頻度Hmin38の下方にある間続く、観察時間TB42の測定を開始する。この観察時間TB42が、予め定められたコントロール時間TK41より小さい間、溶接プロセスは、制御装置4によってまだ安定しており、ないしは正常であると、分類される。すなわち、瞬間的な頻度H(t)37が、コントロール時間TK41がまだ経過する前に、再び最小の頻度Hmin38の値を上回り、ないしは最小の頻度Hmin38と最大の頻度Hmax39の間の領域内へ変化する場合には、制御装置4によってコントロール信号は発生されない(実線で記入されている頻度H(t)の変化)。それに対して、瞬間的な頻度H(t)37が、時点40で最小の頻度Hmin38を下回った後に、コントロール時間TK41よりも長い観察時間TB42の間、最小の頻度Hmin38の下方に留まった場合には、制御装置4によってコントロール信号が発生される(破線で記入された頻度H(t)の変化)。その結果、このコントロール信号に基づいて、制御装置4によって様々な措置を講じることができる。これは、たとえば、すでに上で説明したように、送り装置10の駆動による然るべき対抗措置であり、あるいはまた、制御装置4による溶接装置1の他のコンポーネント、たとえば冷却装置18の駆動であってもよく、あるいはまたアラームの作動ないし溶接プロセスの完全な中断であってもよい。
図4を用いて、さらに、溶接プロセスの監視を有する、本発明に基づく溶接方法の代替的な実施例を説明することができる。その場合に、コントロール量として頻度H(t)37の代りに、2つの互いに連続する短絡の間の時間的間隔に相当する周期長さTP43ないし溶接電圧U(t)30の時間的変化における最小値が使用される。時間的な変化H(t)37と同様に、制御装置4によって周期長さTP43の時間的変化ないし変化が記録され、制御装置4は、周期長さTP43のための下方ないし上方の限界との連続的な比較を実施する。従って、同様に、周期長さTP43のための最大の値ないし上方の限界を上回った場合には、制御装置4によってコントロール信号を発生させることができる。周期長さTP43のための上方の限界を上回ることは、その他においては、瞬間的な頻度H(t)37が最小の頻度Hmin38を下回ることに相当し、その他において、上で頻度H(t)37について説明したように、制御装置4による同様な制御技術的措置が設けられている。
溶接プロセスを監視するためのコントロール量として周期長さTP43を使用する場合に、連続的に記録された溶接電圧U(t)30の電圧変化の分析によって、溶接電圧U(t)30の周期的な電圧変化における最小箇所、すなわち特に発生する短絡が定められ、それに基づいて、それぞれ2つの互いに連続する最小箇所の間の周期長さTP43が計算される。その後、周期長さTP43のための上方の限界値104を上回ることにより、あるいは下方の限界値105を下回った後に、制御装置4によってコントロール信号が発生され、その結果、コントロール信号に従って制御装置4により溶接プロセスが中断され、あるいは状態報告が形成される。好ましくは、周期長さTP43の上方の限界104と105を上回ることが、溶接プロセスを中断させるきっかけとなる。というのは、これは、原因として「ワイヤ後退燃焼」を有する確率が極めて高いからである。すでに頻度H(t)37について上で説明したように、ここでも、周期長さTP43のために時間的に変化する上方ないし下方の限界値104と105を使用することが可能である。
図7から10を用いて、アーク15の瞬間的な抵抗R(t)44を使用しながら、溶接方法の実施例が説明され、すなわち溶接電圧と溶接電流が測定されて、それらから特性量100としての抵抗R(t)44が計算される。図7は、オームの法則に従って溶接電圧U(t)30および溶接電流I(t)29から計算で得られるような、抵抗R(t)44の時間的な変化のグラフを示している。溶接プロセスを監視するために、この溶接方法においては、制御装置4によって最小の抵抗Rmin45(第1のタイムインターバル101に対する下方の限界値105に対応)ないし最大の抵抗Rmax46(第1のタイムインターバル101に対する上方の限界値104に対応)と瞬間的な抵抗R(t)44との連続的な比較が実施される。瞬間的な抵抗R(t)44(第2のタイムインターバル102に対する特性量抵抗の平均値に対応)が最大の抵抗Rmax46を上回り、ないしは最小の抵抗Rmin45を下回った後に、以下で説明するように、制御装置4によってコントロール信号が発生される。
この実施例によれば、最小の抵抗Rmin45ないし最大の抵抗Rmax46の値は、絶対的な値、すなわち予め定められた値に定められず、それ自体抵抗R(t)44の時間的な変化に依存している。そのために、各瞬間的な時点47において、その瞬間的な時点47のすぐ前にあるタイムインターバルTI36にわたって、平均の抵抗R(t)48が計算される。抵抗R(t)44の個別値を制御装置4内に記録ないし記憶することによって、それぞれタイムインターバルTI36の長さによって定められる数の個別値が、上述した平均値を計算するために存在する。従って、抵抗R(t)44のための下方の限界値も上方の限界値も、時間に依存し、ないしは時間的に可変である。従って、最大の抵抗Rmax(t)46は、抵抗RM(t)48から上方の抵抗差Reo49を加算することによって定められ、最小の抵抗Rmin(t)45は、平均の抵抗RM(t)49から下方の抵抗差Reu50を引き算することによって定められる。すなわち平均の抵抗RM(t)48のように、最小の抵抗Rmin(t)45および最大の抵抗Rmax(t)46の値も、制御装置4によって溶接プロセスを監視するために連続的に記録され、かつ制御装置4によって、瞬間的な抵抗R(t)44がこの下方ないし上方の限界値を上回りないしは下回ったか、が定められる。そうである場合に、制御装置4によってコントロール信号を発生させて、それに基づいて、制御装置4の然るべき制御指令によって溶接装置の個々のコンポーネントの他のアクションを作動させることができる。これは、たとえば、抵抗R(t)44の破線で示す時間的な変化によって、図7の時点47において最小の抵抗Rmin(t)46を下回ることにより示されている。
コントロール量の下方ないし上方の限界値のために、上述した時間的に変化する限界値104と105を使用することは、一方で、方法の極めてフレキシブルな適用を許し、他方では、溶接プロセスないし溶接設備の駆動において突然発生する変化への極めて迅速な反応を許す。すなわち、コントロール量の平均値に従って上方ないし下方の限界値104と105を時間的に連動させることによって、これらの限界値104と105をコントロール量の、すなわち瞬間的な抵抗R(t)44の瞬間的な変化(タイムインターバル102に対する)を中心に極めて狭く定めることが、可能である。コントロール量の平均値に対する限界値104と105の差は、好ましくは、瞬間的な抵抗R(t)44の1%よりも少ない領域内で選択することができる。その場合に、タイムインターバルTI36(第1のタイムインターバル101)の長さは、1秒より下の値を有する。
溶接プロセスを監視するためのコントロール量として、瞬間的な抵抗R(t)44を使用する、ここで説明した実施例は、たとえば特に、コロナアーク溶接プロセスまたはパルス溶接プロセスにおいて、そしてまた溶接ワイヤ11の制御された、前方ないし後方へ向けられた振動運動を有するアーク溶接プロセスにおいて使用するのに、適している。
図8と9には、溶接電流I(t)29(図8)ないし溶接電圧U(t)30(図9)の時間的な変化の例が示されている。その場合に好ましくは、抵抗R(t)44のコントロール量を代表してパルス周期の少なくとも1つの周期長さTP43にわたる平均値が使用される。この平均値は、図3に基づく説明による第2のタイムインターバル102のための第2の平均値107に相当する。これは、抵抗R(t)44(図7)の時間的変化における過剰な変動が回避される、という利点を有している。というのは、これは、溶接プロセスの監視のために余り意味がないことが、明らかにされているからである。
その代りに、たとえば、抵抗R(t)44を計算するために、1つのパルス相からの溶接電圧I(t)29ないし溶接電圧U(t)30の値、すなわち電流変化ないし電圧変化のそれぞれ最大の値を使用することも、可能である。
図10を用いて、溶接プロセスを監視するためのコントロール量として抵抗R(t)44を使用しながら、溶接方法の他の実施例を説明する。時点47において、瞬間的な抵抗R(t)44が最小の抵抗Rmin45を下回った場合に、それによって制御装置4が観察時間TB42の測定を開始する。これは、瞬間的な抵抗R(t)44が最小の抵抗Rmin45の下にある間続く。すなわち、この観察時間TB42が、予め定められたコントロール時間TK41よりも小さい間は、溶接プロセスは、制御装置4によって安定ないし正常と分類される。コントロール時間TK41がまだ経過する前に、抵抗R(t)44が、最小の抵抗Rmin45と最大の抵抗Rmax46の間の領域内へ戻った場合には、制御装置4によってコントロール信号は発生されない。その場合に、下方ないし上方の限界として、最小の抵抗Rmin(t)45ないし最大の抵抗Rmax(t)46の、平均的な抵抗RM(t)48から始まって時点47で得られた値が使用される。しかしその代りに、コントロール時間TK41が経過する間も平均的な抵抗RM(t)48の新規計算の続行とそれに伴って下方と上方の限界45、46のそれに応じた変化も、可能である。
ここで説明した実施例によれば、制御装置4は、瞬間的な抵抗R(t)44が時点47で最小の抵抗Rmin45を下回った後に、コントロール時間TK41よりも長い観察時間TB42の間最小の抵抗Rmin45の下に留まった場合に、制御装置4によってコントロール信号が発生されるように、プログラミングされている。これは、アラームを作動させるため、あるいは溶接プロセスを自動的に中断するために、さらに使用することができる。コントロール時間TK41よりも長い観察時間TB42の間、下方の限界ないし最小の抵抗Rmin45(を下回る)、この種の場合が、図10に瞬間的な抵抗R(t)44の破線で記入された変化によって例示されている。
平均の抵抗RM(t)48を計算するために、タイムインターバルTI36(第1のタイムインターバル101に対応)内の異なる領域を異なる強さで重みづけすることもでき、それはまた第2のタイムインターバル102についても可能である。すなわち、たとえば、適切な重み付け係数によって、タイムインターバルTI36の始端の領域が、タイムインターバルTI36の終端の領域よりも強く、平均値形成に寄与することができる。タイムインターバルTI36の長さのために、200msから950msの領域に基づく値が効果的であることが明らかにされている。コントロール時間TK41のための値としては、10msの規模の値が選択される。
図11は、溶接プロセスを監視するためのコントロール量として抵抗R(t)44を使用する、本発明に基づく溶接方法の他の実施例を示している。
図11には、抵抗R(t)44(第2のタイムインターバル102に対する平均値に対応)の時間的変化と上方ないし下方の限界、すなわち最小の抵抗Rmin(t)45ないし最大の抵抗Rmax(t)46(図3に示す第1のタイムインターバル101に対応)の時間的変化がグラフで示されている。その場合に、制御装置4内に予め定められた絶対的な最小の抵抗RAmin51と絶対的な最大の抵抗RAmax52が記憶されている。図11に示すグラフから明らかなように、制御装置4による誤機能の検出に至ることなしに、抵抗R(t)44ないし時間的に変化する下方ないし上方の限界すなわち最小の抵抗Rmin(t)45ないし最大の抵抗Rmax(t)の、比較的長い時間的変化が可能である。それにもかかわらず、溶接プロセスのこの種の変化において、溶接装置1の機能安全性を保証し、ないしは溶接装置1の損傷を回避することができるようにするために、この実施例によれば、いわゆる絶対的なしきい値51、52が設けられている。
これらのしきい値51、52、すなわち絶対的な最大の抵抗RAmax52と絶対的な最小の抵抗RAmin51は、瞬間的な抵抗R(t)44のための、いわゆる大きい許容誤差窓を形成し、それは、データバンクから求められた作業点から始まって、それを中心に定められる。従って溶接プロセスにおける大まかなエラーは、制御装置4によって検出することができる。この絶対的なしきい値51、52は、たとえば、溶接プロセスの始動相においても監視するために利用することができる。というのは、その場合には溶接プロセスの比較的高い安定性が予測されるからである。
図11に示すグラフからは、時間的に変化する上方ないし下方の限界値、すなわち最大の抵抗Rmax(t)46と最小の抵抗Rmin(t)45の間の差を、該当する時間的に変化しないしきい値51、52すなわち最大の抵抗RAmax52と最小の抵抗RAmin51の差よりもずっと小さく選択できることも、明らかである。時間的に変化する限界値の差は、いずれにせよ、時間的に変化しないしきい値51、52の差のわずかな一部であることができる。
溶接装置1の制御装置4によって、抵抗R(t)44の値(第2のタイムインターバル102に対応)と、最小の抵抗RAmin51ないし最大の抵抗RAmax52との連続的な比較が行われる。制御装置4によって誤機能を検出するために、第1の変形例においては、時点53において最大の抵抗RAmax52を上回った場合に、制御装置4によってコントロール信号が発生される。このコントロール信号に反応して、好ましくは、制御装置4によって溶接プロセスの自動的な中断が行われる。
それに対して代替的な実施変形例においては、最大の抵抗RAmax52を上回り、ないしは最小の抵抗RAmin51を下回っただけですでに、コントロール信号が作動されるのではなく、これが時間的に遅延して行われる。そのために、制御装置4内に、絶対的な限界のためのコントロール時間TKA54が記憶されている。時点53において瞬間的な抵抗R(t)44が最大の抵抗RAmax52を上回った後に、制御装置4は観察時間TBA55の測定を開始し、その観察時間は、瞬間的な抵抗R(t)44が最大の抵抗RAmax52の上あるいは最小の抵抗RAmin51の下にある間続く。制御装置4によるコントロール信号の作動ないし発生は、この観察時間TBA55が、予め定められたコントロール時間TKA54よりも長い場合に行われる。
溶接プロセスのスタート時点57からのスタートインターバルTS56の長さの間、制御装置4による溶接プロセスの監視のために、最小の抵抗RAmin51および最大の抵抗RAmax52の絶対的な限界ないししきい値51、52のみが使用される。スタートインターバルTS56に続いて初めて、制御装置4によって、狭く設定された上方ないし下方の限界104と105による、すなわち最小の抵抗Rmin(t)45と最大の抵抗Rmax(t)46による監視へ移行する。その代りに、スタートインターバルTS56の間、制御装置4によって溶接プロセスを監視する場合に、抵抗R(t)44の上方と下方の限界のために連続的に狭くなる許容誤差領域が使用されることも(一点鎖線で記入)、可能である。
コントロール時間TKA54のための値として、好ましくは、10msの規模の値が使用され、スタートインターバルTS56の長さのための値として、200ms〜950msの領域が効果的であることが明らかにされている。
本発明に基づく方法を適用して、制御装置4によって発生されるコントロール信号の結果として、様々な措置の自動的な導入が可能である。これは、すでに上で説明したように、アラームの作動、溶接装置の様々なコンポーネントの駆動の変化の調節、溶接プロセスの中断、あるいはまた担当する操作者への報告の生成、故障した接触管ないし故障した溶接バーナーの交換である。しかしまた、コントロール信号を作動させるものとして、様々な原因が考えられる。すでに挙げたものの他に、これは、たとえばオイルまたは分離剤による、工作物16上の汚れ、そしてまた、ガス7の保護ガス特性における異常であることが考えられる。
本発明を説明するために、上では、コントロール量として短絡の発生の頻度H(t)37と周期長さTP43および抵抗R(t)44の瞬間的な値が使用された。しかしもちろん、本発明の主旨において、たとえばアークの出力のような、他の物理的変量をコントロール量として使用することも可能である。これらの変量についても、タイムインターバルTI36ないしタイムインターバル101と102の長さにわたって、コントロール量の値を記録し、ないしは制御装置4に記憶することが可能であって、それによってこのタイムインターバル内にある値からコントロール量の平均値が計算され、それに基づいてコントロール量のための上方ないし下方の限界値が定められる。その場合に、時間的に連続して常に、コントロール量の平均値および上方ないし下方の限界値104と105の新規計算が行われ、その中で時間的にコントロール量の瞬間的な値の前に位置するタイムインターバル101と102が時間的に連動される。コントロール量の瞬間的な値が上方の限界104を上回り、あるいは下方の限界値105を下回った場合に、制御装置4によってコントロール信号が発生され、その結果、溶接プロセスを中断し、ないしは溶接設備の様々なコンポーネントの状態に関する状態報告を生成することができる。
また、最後の溶接に基づくしきい値51、52のための限界を利用することができ、ないしはしきい値をデータバンクから計算し、あるいはデータバンクへ格納することも、可能である。
さらに、溶接電圧と溶接電流の記憶されている特性量100から、それらが記憶されて、タイムインターバル101と102にわたって抵抗または出力の平均値(が形成されて)、次にコントロール量ないし特性量100として利用されることが、可能である。もちろん、連続的に溶接電圧と溶接電流の特性量100のために、即座に抵抗または出力が計算されて、それがタイムインターバル101と102のための特性量100として記憶されて、次にタイムインターバル101と102の周期にわたって平均値が形成されることも、可能である。すなわち、即座に、あるいはタイムインターバル101と102にわたって、2つの溶接パラメータを、平均値を形成するための特性量100に換算することができる。
また、第2のタイムインターバル102の平均値が限界値104、105を最初に上回り、あるいは下回った場合に、コントロール時間54ないし監視時間55が開始されるのではなく、カウンタが始動されて、そのカウンタは、平均値が限界値を上回り、ないしは下回っている間カウントアップないしカウントダウンされ、その場合に次に、所定のカウンタ状態に達した場合にコントロール信号が発生されることも、可能である。その後、カウンタが再びリセットされることが、可能である。その場合に、複数のカウンタ状態が限界として格納されるので、それぞれカウンタ状態に従って異なるコントロール信号が送信されることも、可能である。
ユーザーが溶接装置1によって通常のすべての可能性を実施することができるようにするために、制御装置4は、溶接プロセスの間に作業点が変化した場合、特にユーザーによるジョブ変更の場合に、これを溶接プロセスの新規始動として扱い、あるいは定められた時間長さにわたって特性量を無視することが、可能である。従って、ユーザーによる然るべき変更によって限界値104、105を上回り、ないしは下回ることが即座に有効になることが防止され、再び安定した溶接プロセスが存在する場合に初めて有効になる。
また、外部の信号によって、制御装置4により、後続の特性量が予め定められた時間長さにわたって、あるいは外部の信号の印加の時間にわたって、あるいは他の外部の信号まで、ブラインドアウトされ、従ってこれらの特性量100が平均値の評価のために利用されないことが、可能である。これは、自動化された溶接においてはしばしば溶接バーナーの位置が変化されるので、他のパラメータが生じるため、効果的である。これは、たとえば、水平の溶接から垂直の溶接へ移行する場合に、生じる。もちろん、ロボット溶接において、制御装置4によって、ロボット軸が監視され、それに基づいて制御装置4が、溶接プロセスの平均値監視、はっきり言えばこの記述される制御方法、が有意義であるか、ないしは実施できるか、を計算することも、可能である。
好ましくは、制御装置4によって、第1のタイムインターバル101の平均値に対して限界値104、105が、ショートアーク溶接方法の場合には6%、パルス溶接方法の場合には2.5%、コロナアーク溶接方法の場合には2.0%増大ないし減少される。第1のタイムインターバル101の長さは、0.3〜1.0秒、特に0.5秒であり、それに対して第2のタイムインターバル102の長さは、0.05秒〜0.3秒、特に0.1秒である。
具体的説明における値領域に関する全記載は、これが任意の領域とそのすべての部分領域を含むものであると理解すべきであり、たとえば記載1から10は、下方の限界1と上方の限界10から始まるすべての部分領域を含むものであり、すなわち下方の限界1以上から始まって上方の限界10以下で終了するすべての部分領域、たとえば1〜1.7、または3.2〜8.1、あるいは、5.5〜10を含むと理解すべきである。
実施例は、溶接方法の可能な実施変形例を示しており、その場合にここで注意すべきであるが、本発明は、具体的に示されたその実施変形例に限定されるものではなく、むしろ、個々の実施変形例の様々な組合せも可能であって、これらの変形可能性は、客観的発明による技術的取扱いのための教示に基づいて、この技術分野で活動する当業者の裁量に委ねられる。従って、図示され、かつ説明された実施変形例の個々の詳細を組み合わせることによって可能な、すべての考えられる実施変形例も、保護範囲に含まれる。
念のために最後に述べておくが、溶接装置1の構造を理解しやすくするために、溶接装置ないしその構成部分は、一部寸法通りでなく、かつ/または拡大および/または縮小して示されている。
独立した発明的解決の基礎となる課題は、説明から理解することができる。
特に、図1、2、3;4、5;6;7、8、9;10および11内に示される個々の形態は、自立した発明的解決の対象を形成することができる。これに関する発明に基づく課題と解決は、これらの図の詳細な説明から取り出すことができる。
1 溶接装置
2 電流源
3 パワー部分
4 制御装置
5 制御弁
6 供給導管
7 ガス
8 ガス貯蔵器
9 溶接バーナー
10 送り装置
11 溶接ワイヤ
12 供給導管
13 ストックドラム
14 供給導線
15 アーク
16 工作物
17 供給導線
18 冷却装置
19 冷却循環
20 流れ監視部材
21 冷却剤容器
22 入/出力装置
23 ホースパケット
24 制御導線
25 駆動装置
26 移送ローラ
27 移送ローラ
28 測定装置
29 溶接電流I(t)
30 溶接電圧U(t)
31 測定導線
32 測定導線
33 出力端子
34 出力端子
35 端子電圧UK(t)
36 タイムインターバルTI
37 頻度H(t)
38 最小頻度Hmin
39 最大頻度Hmax
40 時点
41 コントロール時間TK
42 観察時間TB
43 周期長さTP
44 抵抗R(t)
45 最小抵抗Rmin
46 最大抵抗Rmax
47 時点
48 平均の抵抗RM(t)
49 上方の抵抗差Reo
50 下方の抵抗差Reu
51 しきい値
52 しきい値
53 時点
54 コントロール時間TKA
55 観察時間TBA
56 スタートインターバルTS
57 スタート時間
100 特性量
101 第1のタイムインターバル
102 第2のタイムインターバル
103 サンプリング率
104 上方の限界値
105 下方の限界値
106 第1の平均値
107 第2の平均値

Claims (37)

  1. 少なくとも1つの制御される電流源(2)からエネルギを供給される、アーク(15)内で溶融する溶接ワイヤ(11)を有する溶接プロセスを実施しかつ監視するための溶接方法であって、
    制御装置(4)を介して電流源(2)および溶接ワイヤ(11)のための送り装置(10)の制御が実施され、かつ、
    溶接プロセスの間、溶接電流、溶接電圧あるいは抵抗のような、アークの特性量から少なくとも1つのコントロール量が測定または計算され、かつ、
    溶接プロセスの間メモリに様々な溶接パラメータないしコントロール量の値が記憶される、
    ものにおいて、
    異なる長さを有する第1(101)と第2のタイムインターバル(102)と、特性量の値を求めるためのサンプリングレート(103)が定められ、かつ
    各サンプリングに伴って特性量の値が記憶され、それに基づいて時点(40)において制御装置によって、時点(40)に対して時間的に早いタイムインターバル(101、102)内にある、記憶されている特性量の値から、コントロール量として第1の平均値(106)と第2の平均値(107)が計算され、それに基づいて第1のタイムインターバル(101)の第1の平均値(106)から、上方と下方の限界値(104、105)が計算され、かつ、
    それに基づいてコントロール量が上方および下方の限界値(104、105)と比較される、
    ことを特徴とする方法。
  2. 少なくとも1つの制御される電流源(2)からエネルギを供給される、アーク(15)内で溶融する溶接ワイヤ(11)を有する溶接プロセスを実施しかつ監視するための溶接方法であって、
    制御装置(4)を介して電流源(2)および溶接ワイヤ(11)のための送り装置(10)の制御が実施され、かつ
    溶接プロセスの間、溶接電流、溶接電圧または抵抗のような、アークの特性量から、少なくとも1つのコントロール量が測定または計算され、かつ、
    溶接プロセスの間、メモリに様々な溶接パラメータないしコントロール量の値が記憶される、
    ものにおいて、
    長さを有するタイムインターバル(101)と、特性量の値を求めるためのサンプリングレート(103)が定められ、かつ
    各サンプリングに伴って、特性量の値が記憶され、それに基づいて時点(40)において、時点(40)に対して時間的に早いタイムインターバル(101)内にある、記憶されている特性量の値から、制御装置によって平均値(106、107)が計算され、最後に測定された特性量の値が、コントロール量として使用され、それに基づいてタイムインターバル(101)の平均値(106)から上方と下方の限界値(104、105)が計算され、かつ、
    それに基づいてコントロール量が上方および下方の限界値(104、105)と比較される、
    ことを特徴とする溶接プロセスを実施しかつ監視するための溶接方法。
  3. 少なくとも1つの制御される電流源(2)からエネルギを供給される、アーク(15)内で溶融する溶接ワイヤ(11)を有する溶接プロセスを実施しかつ監視するための溶接方法であって、
    制御装置(4)を介して電流源(2)および溶接ワイヤ(11)のための送り装置(10)の制御が実施され、かつ
    溶接プロセスの間、溶接電流、溶接電圧または抵抗のような、アークの特性量から少なくとも1つのコントロール量が測定または計算され、かつ
    溶接の間、メモリに様々な溶接パラメータないしコントロール量の値が記憶される、前記溶接方法において、
    特性量の記録すべき値の第1と第2の数および特性量の値を求めるためのサンプリングレート(103)が定められ、その場合に第1の数が第2の数よりも小さく、かつ
    各サンプリングに伴って、特性量の値が記憶され、それに基づいて、時点(40)において、時点(40)に対して時間的に早い、記憶されている特性量の値から制御装置によって、第1の平均値(106)と第2の平均値(107)がコントロール量として計算され、それに基づいて第1の数の第1の平均値(106)から上方および下方の限界値(104、105)が計算され、かつ
    それに基づいてコントロール量が上方および下方の限界値(104、105)と比較される、
    ことを特徴とする溶接プロセスを実施しかつ監視するための溶接方法。
  4. タイムインターバル(101、102)が、瞬間的なコントロール量ないし瞬間的な特性量に結合され、
    従ってタイムインターバル(101、102)が溶接プロセスの間瞬間的なコントロール量と連動されるので、
    タイムインターバル(101、102)内にある、コントロール量の値ないし特性量の値の量がタイムインターバル内で常に変化する、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の溶接方法。
  5. タイムインターバル(101、102)のそれぞれの時間的な位置が、それぞれ最後に求められた、特性量の値のすぐ前にあるように選択される、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の溶接方法。
  6. 溶接プロセスを実施する前に、コントロール量のための、時間的に変化しない下方のしきい値(51)と時間的に変化しない上方のしきい値(52)が定められ、
    時間的に変化する上方の限界値(104)と時間的に変化する下方の限界値(105)の間の差が、時間的に変化しない上方のしきい値(52)と時間的に変化しない下方のしきい値(51)の間の差よりも小さく、特に一部分に等しい、
    ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の溶接方法。
  7. 溶接プロセスのスタート時点(57)から始まるスタートインターバルTS(56)の期間の間、
    溶接プロセスを監視するために制御装置(4)によって、時間的に変化しない下方のしきい値(51)と時間的に変化しない上方のしきい値(52)が使用され、
    それに続いて時間的に変化する下方の限界値(105)と時間的に変化する上方の限界値(104)が使用される、
    ことを特徴とする請求項6に記載の溶接方法。
  8. スタート時点(57)から始まるスタートインターバルTS(56)の期間の間、
    時間的に変化しない下方のしきい値(51)から始まって連続的に上昇する下方の限界値と、時間的に変化しない上方のしきい値(52)から始まって連続的に下降する上方の限界値が、溶接プロセスを監視するために使用される、
    ことを特徴とする請求項6に記載の溶接方法。
  9. しきい値(51、52)のための限界が、データバンクから計算され、あるいはデータバンクに格納される、ことを特徴とする請求項6に記載の溶接方法。
  10. 最後の溶接に基づくしきい値(51、52)のための限界が、利用される、ことを特徴とする請求項6に記載の溶接方法。
  11. 時間的に変化する下方の限界値(105)と時間的に変化する上方の限界値(104)の間の領域からの、コントロール量の逸脱の数が定められて、他のコントロール量として使用される、ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の溶接方法。
  12. 時間的に変化しない下方のしきい値(51)と時間的に変化しない上方のしきい値(52)の間の領域からの、コントロール量の逸脱の数が定められて、この数が、他のコントロール量として使用される、
    ことを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の溶接方法。
  13. タイムインターバル(101、102)にわたって記憶されている、溶接電圧U(t)(30)の特性量と溶接電圧I(t)(29)から、瞬間的な抵抗R(t)(44)あるいは瞬間的な出力が計算されて、抵抗R(t)(44)がコントロール量として使用される、
    ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の溶接方法。
  14. 溶接電圧の特性量および溶接電流から連続的に抵抗または出力が計算されて、それがタイムインターバル(101、102)のための特性量として記憶されて、次にタイムインターバル(101、102)の周期にわたって平均される、
    ことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の溶接方法。
  15. パルス溶接プロセスにおいては、
    溶接電圧U(t)(30)の周期的な電圧変化の、および/または、溶接電流I(t)(29)の周期的な電流変化の、少なくとも1つの周期長さTP(43)にわたる平均値形成によって、抵抗R(t)(44)または出力が計算される、
    ことを特徴とする請求項13に記載の溶接方法。
  16. パルス溶接プロセスにおいては、抵抗R(t)(44)を計算するために、周期的な電圧変化、ないし、周期的な電流変化のパルス相またはベース相から時点が選択される、ことを特徴とする請求項13に記載の溶接方法。
  17. 溶接電圧U(t)(30)の周期的な電圧変化において、および/または、溶接電流I(t)(29)の周期的な電流変化において、
    周期長さTP(43)の時間的な連続が定められ、その場合に周期長さTP(43)の連続がコントロール量として使用される、
    ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の溶接方法。
  18. 溶接電圧U(t)(30)の周期的な電圧変化内で、最小位置が定められ、
    タイムインターバル(102)の間に発生する最小位置の数から、アーク(15)内で発生する短絡の頻度H(t)(37)が計算され、
    頻度H(t)(37)がコントロール量として使用される、
    ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の溶接方法。
  19. 第2の平均値(107)が、上方の限界値(104)を上回った後、あるいは下方の限界値(105)を下回った後に、制御装置によってコントロール信号が発生される、ことを特徴とする請求項1から18のいずれか1項に記載の溶接方法。
  20. コントロール信号に従って制御装置によって、溶接プロセスが中断され、かつ/または、ワイヤ送り、溶接バーナーの状態、または、工作物品質のような溶接プロセスの状態の状態報告が生成される、ことを特徴とする請求項19に記載の溶接方法。
  21. 第2の平均値(107)が限界値(104、105)を最初に上回り、あるいは下回った場合に、カウンタが始動され、前記カウンタは、平均値(106、107)が限界値(104、105)を上回り、ないしは下回っている間、カウントアップないしカウントダウンされ、
    その場合に、次に、所定のカウンタ状態に達した場合に、コントロール信号が発生される、
    ことを特徴とする請求項19に記載の溶接方法。
  22. コントロール信号は、予め定められたコントロール時間より長い観察時間の期間の間、上方の限界値(104)を上回った後、あるいは、下方の限界値(105)を下回った後に、発生される、
    ことを特徴とする請求項1から21のいずれか1項に記載の溶接方法。
  23. コントロール信号によって、アラームが作動される、ことを特徴とする請求項1から22のいずれか1項に記載の溶接方法。
  24. コントロール信号によって、溶接ワイヤ(11)の送り速度Vdを変化させるために送り装置の駆動が作動される、ことを特徴とする請求項1から23のいずれか1項に記載の溶接方法。
  25. コントロール信号によって、溶接装置(1)の溶接バーナー(9)のための冷却出力を変化させるために冷却装置(18)の駆動が作動される、ことを特徴とする請求項1から24のいずれか1項に記載の溶接方法。
  26. 制御装置は、作業点の変化、特にユーザーによるジョブ変更の場合に、これを溶接プロセスの新規始動のように扱い、あるいは定められた時間長さの間特性量を無視する、ことを特徴とする請求項1から25のいずれか1項に記載の溶接方法。
  27. 外部の信号によって、制御装置により後続の特性量が、予め定められた時間長さの間、あるいは外部の信号の印加の時間にわたって、あるいは他の外部の信号まで、ブラインドアウトされて、これらの特性量が平均値(106、107)の評価のために利用されない、ことを特徴とする請求項1から26のいずれか1項に記載の溶接方法。
  28. ロボット溶接の場合に、制御装置によってロボット軸が監視され、それに基づいて制御装置が、溶接プロセスの平均値監視が有意義であるか、ないしは実施されるべきであるか、を計算する、ことを特徴とする請求項1から27のいずれか1項に記載の溶接方法。
  29. 第1のタイムインターバル(101)が、0.3〜1.0秒、特に0.5秒であって、
    第2のタイムインターバル(102)が0.05〜0.3秒、特に0.1秒である、
    ことを特徴とする請求項1から28のいずれか1項に記載の溶接方法。
  30. 制御装置によって、上方と下方の限界値(104、105)の計算が、
    ユーザーによって調節される他の溶接パラメータ、特に溶接すべき材料、ショートアーク溶接方法、パルス溶接方法またはコロナアーク溶接方法のような、溶接方法の種類に従って、利用される、
    ことを特徴とする請求項1から29のいずれか1項に記載の溶接方法。
  31. 制御装置によって、平均値(106)に対する限界値(104、105)が、
    ショートアーク溶接方法においては6%、
    パルス溶接方法においては2.5%、
    コロナ溶接方法においては2.0%、増大ないし減少される、
    ことを特徴とする請求項30に記載の溶接方法。
  32. 少なくとも1つの制御される電流源(2)からエネルギを供給される、アーク(15)内で溶融する溶接ワイヤ(11)を有する溶接プロセスを実施しかつ監視するための溶接方法であって、
    その場合に制御装置(4)を介して電流源(2)および溶接ワイヤ(11)のための送り装置(10)の制御が実施され、かつ
    その場合に溶接プロセスの間溶接電圧U(t)(30)が測定されて、かつ
    溶接プロセスの間メモリに様々な溶接パラメータないしコントロール量が記憶される、前記溶接方法において、
    溶接電圧U(t)(30)の周期的な電圧変化内で最小位置、特に発生する短絡が定められ、2つの互いに連続する最小箇所の間の周期長さTP(43)が計算されて、それに基づいて周期長さTP(43)の間上方の限界値を上回った後、あるいは下方の限界値(105)を下回った後に制御装置(4)によってコントロール信号が発生され、コントロール信号に従って制御装置(4)によって溶接プロセスが中断され、かつ/またはワイヤ送り、溶接バーナーの状態または工作物品質のような、溶接プロセスの状態の状態報告が生成される、
    ことを特徴とする溶接プロセスを実施して監視するための溶接方法。
  33. 下方の限界値(105)と上方の限界値(104)の間の領域からの周期長さTP(43)の逸脱の数が定められて、この数が他のコントロール量として使用される、ことを特徴とする請求項32に記載の溶接方法。
  34. 予め定められたコントロール時間より長い観察時間の間、上方の限界値(104)を上回った後、あるいは下方の限界値(105)を下回った後に、コントロール信号が発生される、ことを特徴とする請求項32または33に記載の溶接方法。
  35. コントロール信号によって、アラームが作動される、ことを特徴とする請求項32から34のいずれか1項に記載の溶接方法。
  36. コントロール信号によって、溶接ワイヤ(11)の送り速度Vdを変化させるための送り装置の駆動が作動される、ことを特徴とする請求項32から35のいずれか1項に記載の溶接方法。
  37. コントロール信号によって、溶接装置 (1)の溶接バーナー(9)のための冷却出力を変化させるために冷却装置(18)の駆動が作動される、ことを特徴とする請求項32から36のいずれか1項に記載の溶接方法。
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